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光亮添加剂在硫酸盐电镀锌钢丝生产中的应用

http://www.pf.hc360.com2011年11月24日10:00中国电镀助剂网

    张体群,陆萍,周宁雅,黄华江 贵州钢绳股份有限公司,贵州遵义563000

    摘要:介绍采用硫锌-30或硫锌-40为光亮添加剂的硫酸盐电镀锌的生产工艺参数,镀液各组分的作用,镀液的维护,常见的故障处理和光亮添加剂在使用过程中的注意事项。给出光亮镀锌工艺参数:硫酸锌为450~550g/L,硼酸为20~30g/L,pH为3.0~5.0,镀液温度10~60℃,光亮剂为16~20mL/L,阴极电流密度10~45A/dm2。和传统硫酸盐单盐镀锌工艺相比,光亮电镀锌工艺具有成分简单、稳定易维护、沉积速度快、电耗低,镀层细致光亮,耐蚀能力强等优点,适合生产表面光洁度要求高的商品钢丝。

    关键词:电镀锌;光亮添加剂;硫锌-30;硫锌-40

    中图分类号:TQ153

    硫酸盐单盐镀锌工艺是传统的硫酸盐镀锌工艺,具有配方简单、技术成熟、电流效率高、沉积速度快、导电性好、价格低廉等优点。缺点是分散能力差、极化能力小、镀层结晶粗糙、镀层外观灰白发暗、表面光洁度差,影响产品外观装饰性及产品的竞争能力[1-4]。

    为克服硫酸盐单盐镀锌表面光洁度差的缺点,各生产厂家不断调整镀液添加剂成分,有的添加硫酸钠、硫酸铝、阿拉伯树胶或天然桃胶作为光亮剂,但所得镀层光泽不足,且资源稀少。改用动物胶如骨胶(明胶)或糊精等,镀层不亮,存放易泛黄。补加硫脲等含氮、硫化合物,则有镀层不亮,存放易泛灰,耐蚀能力下降等缺陷[2]。在20世纪八九十年代国内出现的新一代硫酸盐电镀锌光亮添加剂,使镀锌层具有很高的光洁度和较好的深镀能力,将硫酸盐单盐镀锌工艺大大推进了一步。

    由于钢丝电镀与普通电镀不完全一样,属于线材连续电镀,电镀时间短且厚度要求高,生产中往往采用强循环来达到大电流的目的[3]。在连续生产的条件下,镀液温度往往会升到60℃以上。因此,要求添加的光亮剂必须是低泡、适应温度范围宽。为筛选适合高速线材生产的硫酸盐镀锌光亮添加剂,通过对国内多种型号光亮添加剂的硫酸盐镀锌工艺进行反复对比试验,最终选择了硫锌-30、硫锌-40光亮镀锌工艺技术。该种工艺具有镀液成分简单,抗杂质能力强,稳定易维护,工作温度范围宽,沉积速度快,生产效率高,电能消耗低,镀层结晶细致光亮,耐蚀能力强等优点。使用光亮添加剂生产的镀锌钢丝,表面光洁度大为改观。

    1·传统电镀锌工艺与光亮电镀锌工艺的比较

    1.1生产工艺流程

    传统电镀锌生产工艺流程[3,5]:上线→电解酸洗→水洗→电解碱洗→热水洗→弱酸洗→电镀锌→水洗→钝化→高压水洗→热水洗(加封闭剂)→烘干→收线→检验→分类包装→入库。

    光亮镀锌工艺和传统电镀锌生产工艺流程相同,不同的是前者在镀液中添加了光亮添加剂。

    1.2工艺参数

    传统电镀锌工艺中镀液循环过滤使用,采用此工艺生产出的镀锌钢丝,由于只使用附加盐作为极化剂,阴极极化作用不大,故镀层粗糙,镀层外观灰白发暗、表面光洁度差,只适合生产需要继续加工的制绳钢丝,而不适合生产表面光洁度要求高的商品钢丝。

    传统电镀锌工艺参数见表1。

表1

    光亮镀锌工艺生产的镀锌钢丝,由于采用光亮添加剂(硫锌-30或硫锌-40)作为极化剂,极大地提高了阴极极化能力,使镀层晶粒细致,表面光洁度好。光亮镀锌工艺参数见表2。

表2

    2·光亮镀锌溶液中各组分作用

    2.1硫酸锌

    硫酸锌是光亮镀锌溶液的主盐,主要提供Zn2+,其质量浓度为450~550g/L,如含量过低,将影响电流密度上限,使电流密度下降。含量过高,虽然可以提高允许电流密度,但因溶解度限制会引起结晶,而且会促使阴极极化下降,结晶核心的生成速度变慢,引起镀层晶粒粗大。

    2.2硼酸

    硼酸作为缓冲剂加入,主要是保持光亮镀锌溶液的pH控制在3.0~5.0。硼酸的电离度很小,当阳极上由于氢气的析出而使pH上升,可电离供应氢离子,保持溶液一定的酸度。硼酸不参与电极过程,除被钢丝带出外,没有其他的消耗,其缓冲能力在15g/L时就有作用,超过50g/L会饱和沉淀,故质量浓度一般控制在20~30g/L。

    2.3光亮添加剂

    光亮添加剂是由载体光亮剂、主光亮剂、辅助光亮剂等有机物混合配制而成。载体光亮剂主要是选择脂肪醇中羟基上的活性氢与环氧乙烷的取代物,其亲水基由醚键和羟基两者组成,基于分子一端的羟基只有一个,故主要由醚键来发挥亲水效果。主光亮剂是选择水溶性较好的接有羟基或磺化基团的C8,C9以上的高分子醛和酮,芳磺酸有良好的水溶性,诸如邻甲基苯磺酸、对苯磺酸、间苯磺酸和萘磺酸系列对镀层都有一定的光泽效果[6]。辅助光亮剂能扩大光亮电流密度范围,改善高温时镀层晶体结构,提高镀层性能,提高镀液分散能力和深镀能力。好的光亮添加剂,不但有好的水溶性、好的特性吸附作用,还应有好的耐盐性和好的增容性。光亮剂的耐盐性是指能在主盐浓度很高的溶液中保持自己的碳键结构稳定的能力。耐盐性越高越好,主盐浓度高,电流密度允许的范围大,沉积速度快,能有效提高线速度,增加产量。光亮剂耐盐性差易造成镀层发黄、发灰、不亮,耗用量增大等缺陷,常见镀槽液面上有深褐色油状物,这就是光亮剂耐不住主盐浓度而析出的结果,从而造成光亮剂失效[7]。光亮剂的增容性,是指能结合更多芳酮类物质得以增加有效成分。

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